特許 5773277 誘電体バリア放電ランプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5773277

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】誘電体バリア放電ランプ

(51)【国際特許分類】

   H01J 65/00 20060101AFI20150813BHJP

   H01J 61/35 20060101ALI20150813BHJP

   H01J 61/30 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   H01J65/00 B

   H01J61/35 F

   H01J61/30 Q

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-103923(P2012-103923)

(22)【出願日】2012年4月27日

(65)【公開番号】特開2013-232339(P2013-232339A)

(43)【公開日】2013年11月14日

【審査請求日】2014年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】100074332

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100114432

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 寛昭

(72)【発明者】

【氏名】片桐 毅

(72)【発明者】

【氏名】畑瀬 和也

【審査官】 小野 健二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０９３９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７８１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１４６５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５５９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８１８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２６３０４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ６５／００−６５／０８

Ｈ０１Ｊ ６１／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下の壁板と左右の側壁板と前後の側壁板とからなる放電容器と、
前記放電容器の内部に封入されたエキシマ発光のための放電用ガスと、
前記放電容器の外部で前記上下の壁板の少なくとも一方に設けられた電極とを備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、
前記左右の側壁板は、前記前後の側壁板に平行な断面において、前記放電容器の外側に凸となるように湾曲しており、
前記左右の側壁板の内側表面には紫外線を遮光する遮光膜が形成されており、
前記遮光膜は、
前記左右の側壁板の湾曲の頂部の内側を覆い、かつ、
前記前後の側壁板に平行な断面において、前記上下の壁板の中間の直線と前記上下の壁板と前記左右の側壁板との境界を結ぶ直線との交点と前記遮光膜の一端とを結ぶ直線と、前記交点と前記遮光膜の他端とを結ぶ直線とのなす角度が１８０度未満であり、
前記遮光膜の紫外線の透過率は、１６％以上８６％以下の範囲である
ことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。

【請求項2】

前記遮光膜は紫外線の透過率が２２％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。

【請求項3】

前記角度が、８６度以下である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプ。

【請求項4】

前記放電容器は主に石英で構成される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の誘電体バリア放電ランプ。

【請求項5】

上下の壁板と左右の側壁板と前後の側壁板とからなる放電容器と、
前記放電容器の内部に封入されたエキシマ発光のための放電用ガスと、
前記放電容器の外部で前記上下の壁板の少なくとも一方に設けられた電極とを備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、
前記左右の側壁板は、前記前後の側壁板に平行な断面において、前記放電容器の外側に凸となるように湾曲しており、
前記左右の側壁板の内側表面には紫外線を遮光する遮光膜が形成されており、
前記遮光膜は、
前記左右の側壁板の湾曲の頂部の内側を覆い、かつ、
前記前後の側壁板に平行な断面において、前記上下の壁板の中間の直線と前記上下の壁板と前記左右の側壁板との境界を結ぶ直線との交点と前記遮光膜の一端とを結ぶ直線と、前記交点と前記遮光膜の他端とを結ぶ直線とのなす角度が１８０度未満であり、
前記遮光膜の紫外線の透過率は、前記湾曲の頂部付近よりも前記上下の壁板と前記左右の側壁板との境界側で相対的に高い
ことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。

【請求項6】

前記遮光膜は、第１の遮光膜と第２の遮光膜とを重ね合わせてなり、
前記第１の遮光膜は、前記湾曲の頂部付近に形成され、
前記第２の遮光膜は、前記湾曲の頂部から前記第１の遮光膜よりも広い範囲に形成され、
前記第２の遮光膜の紫外線の透過率は、前記第１の遮光膜の紫外線の透過率よりも相対的に高い
ことを特徴とする請求項５記載の誘電体バリア放電ランプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、放電管の形状が照射側に平坦な面を有する誘電体バリア放電ランプが知られている（特許文献１、２、３等）。この誘電体バリア放電ランプは、所定の電源装置に接続することにより低コストで紫外線照射装置を製造でき、照射対象物に直接真空紫外線を照射できる利点がある。

【0003】

特許文献１には、前後に極めて長尺な形状に形成した誘電体バリア放電ランプにおいて、主に石英からなる放電容器内の前後端壁板や左右側壁板の内面に「真空紫外線保護層」を形成することによって、前後端壁板や左右側壁板の劣化を抑えられることが記載されている（第１０段落及び第１１段落等）。また、特許文献２には、主に石英からなり、左右側壁板と上下の壁板とを繋ぐエッジ部を有する放電容器において、上下の壁板の中央部を放電容器の内側に向かうように湾曲状に形成し、放電容器の内側表面に「紫外線反射膜」を形成することによって、エッジ部を破損の起点とする放電容器の破裂を防止できることが記載されている（第８段落及び第９段落等）。

【0004】

しかし、放電管（放電容器）を収納するランプハウス内の気流等によって種々の飛散物が放電管に付着しやすく、その管壁の付着物によって放電管にダメージを与えるという問題があることが本発明者らの先の研究でわかった。そのため、本発明者らは、主に石英からなる放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面を紫外線を少なくとも５０％以上遮光する「遮光部材」で構成することによって、放電管に飛来する飛散物の付着及びその固化を減らすことを提案している（特許文献３）。以下、本明細書では放電管を含めて放電容器という。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−１２７７１０号公報

【特許文献2】特開２００９−１８１８１８号公報

【特許文献3】国際公開第２０１１／０７８１８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来の誘電体バリア放電ランプでは、放電容器の左右側壁板全体を遮光部材とする、或いは、その内側の表面全体に紫外線を遮光する遮光膜を形成すると、紫外線の照射光量を低下させるという問題があった。

【0007】

また、上記従来の誘電体バリア放電ランプでは、放電容器が主に石英からなるため、極めて高い紫外線のエネルギーを放電容器に照射し続けると遮光膜を形成する範囲によってはクラックが発生し、放電容器が破損することがあった。放電容器の左右側面の断面が外に向かって凸となるように湾曲している場合には、遮光膜が無い場合ではその湾曲の頂部付近で破損してしまうことがあった。また、遮光膜が左右側壁板の内側表面上で湾曲の頂部付近に形成されている場合でも加速実験では、遮光膜の短縁部付近で放電容器が破損してしまうことがあった。

【0008】

本件発明者らは、紫外線を放電容器に照射した際の湾曲部における破損箇所、遮光膜の紫外線の透過率及びその破壊応力に着目し、遮光膜の形成範囲及び紫外線の透過率によって放電容器の破損に至るまでの時間が異なることから、遮光膜の形成範囲及び遮光膜の紫外線の透過率が放電容器の湾曲部で生じる応力分布と何らかの関係を有するのではないかと考えた。そして、遮光膜の形成範囲及び遮光膜の紫外線の透過率と放電容器の応力分布との関係を綿密に調査したところ、遮光膜の形成範囲及び紫外線の透過率は放電容器の湾曲部で生じる応力分布において破壊応力に達するかどうかの重要な要因の一つであるとの知見に達した。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプにおいて、主に真空紫外線の照射光量の低下を抑えつつ放電容器の破損を抑えて寿命を向上させることを技術的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、上下の壁板と左右の側壁板と前後の側壁板とからなる放電容器と、放電容器の内部に封入されたエキシマ発光のための放電用ガスと、放電容器の外部で上下の壁板の少なくとも一方に設けられた電極とを備える。そして、左右の側壁板は、前後の側壁板に平行な断面において、放電容器の外側に凸となるように湾曲している。その左右の側壁板の内側表面には紫外線を遮光する遮光膜が形成されている。そして、その遮光膜は、左右の側壁板の湾曲の頂部の内側を覆い、かつ、前後の側壁板に平行な断面において、上下の壁板の中間の直線と上下の壁板と左右の側壁板との境界を結ぶ直線との交点と遮光膜の一端とを結ぶ直線と、交点と遮光膜の他端とを結ぶ直線とのなす角度が１８０度未満である。そして、遮光膜の紫外線の透過率は、１６％以上８６％以下の範囲であることを特徴とする。

【0011】

ここで、遮光膜の紫外線の透過率は、放電ランプの発光波長に対する値である。

【0012】

この構成により、遮光膜の紫外線の透過率を１６％以上８６％以下の範囲にすることで左右の側壁板に発生する応力を抑制するため、左右の側壁板のクラック等の発生を抑えて放電容器の寿命を向上させることができる。また、遮光膜が左右の側壁板全体を覆っていないため、紫外線の照射光量の低下を抑えることができる。特に、左右の側壁板において応力の集中を抑えるのに適した領域に遮光膜の境界付近を配置するため、遮光膜の形成を最小限度にとどめることができる。

【0013】

本発明に係る誘電体バリア放電ランプでは、上下の壁板は、平坦な面であって左右の側壁板と滑らかに繋がっており、前後の側壁に平行な断面において、遮光膜の形成される角度が、８６度以下であるように構成してもよい。

【0014】

本発明に係る他の誘電体バリア放電ランプは、上下の壁板と左右の側壁板と前後の側壁板とからなる放電容器と、放電容器の内部に封入されたエキシマ発光のための放電用ガスと、放電容器の外部で上下の壁板の少なくとも一方に設けられた電極とを備える。そして、左右の側壁板は、前後の側壁板に平行な断面において、放電容器の外側に凸となるように湾曲している。その左右の側壁板の内側表面には紫外線を遮光する遮光膜が形成されている。そして、その遮光膜は、左右の側壁板の湾曲の頂部の内側を覆い、かつ、前後の側壁板に平行な断面において、上下の壁板の中間の直線と上下の壁板と左右の側壁板との境界を結ぶ直線との交点と遮光膜の一端とを結ぶ直線と、交点と遮光膜の他端とを結ぶ直線とのなす角度が１８０度未満である。そして、遮光膜の紫外線の透過率は、湾曲の頂部付近よりも上下の壁板と左右の側壁板との境界側で相対的に高いことを特徴とする。

【0015】

この構成により、遮光膜の湾曲の頂部付近の透過率を相対的に低くし、上下の壁板と左右の側壁板との境界側の透過率を相対的に高くすることで左右の側壁板の遮光膜の端縁部付近に発生する応力の集中を緩和し、左右の側壁板のクラック等の発生を抑え、放電容器の寿命を向上させることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る誘電体バリア放電ランプによると、所定範囲の紫外線の透過率を有する遮光膜が、湾曲した左右側壁板の内側表面に所定範囲内に形成されるため、紫外線の照射光量の低下を抑えつつ左右の側壁板のクラック等の発生を抑えて寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施形態の一例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向に垂直な断面図

【図2】本発明の第１の実施形態の一例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図

【図3】本発明の第１の実施形態の一例を示すものであって、（ａ）は図２の放電容器の長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図

【図4】（ａ）及び（ｂ）は、いずれも図１及び図２に示す誘電体バリア放電ランプの放電容器における左右の側壁板の内側面に、紫外線遮光膜を形成する様子を示す図

【図5】放電容器の左右の側壁板の応力分布を説明するものであって、（ａ）は遮光膜が無い放電容器の断面図、（ｂ）は透過率約７．９％の遮光膜が左右の側壁板の内側表面の頂部付近に形成された放電容器の断面図、（ｃ）は透過率約２４％の遮光膜が左右の側壁板の内側表面の頂部付近に形成された放電容器の断面図

【図6】放電容器の左右の側壁板の応力分布の測定結果を示す図

【図7】実験結果を示すものであって、（ａ）放電容器のピーク歪みと放電容器の点灯時間との関係を示す図、（ｂ）放電容器のピーク歪みと遮光膜の紫外線の透過率との関係を示す図

【図8】従来の誘電体バリア放電ランプを示すものであって、（ａ）は遮光膜無しの放電ランプの長尺方向に垂直な断面図、（ｂ）は左右の側壁板の頂部付近に遮光膜を形成した放電ランプの長尺方向に垂直な断面図

【図9】本発明の第２の実施形態の一例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向に垂直な断面図

【図10】誘電体バリア放電ランプの遮光膜の紫外線の透過率の測定方法を説明する図

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。同一又は同類の部材には同一の符号を用いるか又は添字のみ異ならせて表示するものとし、重複した説明を省略しているが、各実施形態の記載は本発明の技術的思想を理解するために合目的的に解釈され、実施形態の記載に限定解釈されるべきものではない。まず、本発明の実施形態を示す誘電体バリア放電ランプの全体の概要を説明する。

【0019】

（第１の実施形態）
図２及び図３は、本発明の第１の実施形態の一例を示すものであって、図２は誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図であり、図３は図２の断面図である。図３（ａ）は、図２の放電容器を長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢印方向に見たＡ−Ａ線断面図である。なお、図中の一点鎖線は長尺の中心軸を示す。

【0020】

誘電体バリア放電ランプ１０は、長尺の放電容器１と、電極２、３と、放電容器１の内部に紫外線を遮光するための遮光膜４と、チップ管５とを有する。放電容器１には、エキシマ発光のためのキセノン（Ｘｅ）ガスが封入されている。放電容器１は、合成石英製ガラスからなり、上下で向かい合う平坦な壁板（以下、「上下の壁板」という。）１ａと、左右で向かい合う側壁板（以下、「左右の側壁板」という。）１ｂと、前後で向かい合う側壁板（以下、「前後の側壁板」という。）１ｃとから構成される。放電容器１は、上下の壁板１ａと左右の側壁板１ｂとからなる長尺な管の前後を前後の側壁板１ｃでそれぞれ溶着して塞ぐことで構成できる。放電容器１では、長尺の中心軸に対して、上下の壁板１ａ及び左右の側壁板１ｂはいずれも平行に、前後の側壁板１ｃは垂直に配置されている。左右の側壁板１ｂは、長尺の中心軸に対して垂直に切断した断面で、外側に向かって凸となるように湾曲している。例えば、図３（ａ）に示す放電容器１の横断面の上下方向の最大幅が十数ｍｍであり、左右方向の最大幅が数十ｍｍであり、前後方向の長さは数百ｍｍ以上である。前後の側壁板１ｃには、事前にそれぞれチップ管５が突設されている。各チップ管５は、前後の側壁板１ｃの外面からさらに外側に突出するように溶着された溶融石英ガラス製の管材であり、各チップ管５内は放電容器１の内部にそれぞれ通じている。この放電容器１は、上下の壁板１ａの外面に電極２，３の金属薄膜が成膜される。電極２は、誘電体バリア放電ランプが放射する真空紫外線の強度を検査するためのセンサー用の未塗膜部を除けば、上壁板１ａの上面のほぼ全面を覆うように成膜される。また、電極３は、下壁板１ａの下面のほぼ全面に網目状のパターンで成膜される。

【0021】

左右の側壁板１ｂ及び前後の側壁板１ｃの内側面には、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を含むスラリーを焼成して得られる紫外線を遮光するための遮光膜４が設けられている。

【0022】

誘電体バリア放電ランプ１０を電源装置に接続することで紫外線照射装置を構成し、リード線を介して電極に所定の電力を印加することで誘電体バリア放電ランプが点灯し、この平坦な下壁板１ａを通して図３（ａ）の矢印の方向へ、１７２ｎｍの真空紫外線が照射される。

【0023】

図１は、本発明の第１の実施形態の一例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向に垂直な断面図である。図１中の縦横方向の一点鎖線は断面の線対称の対称軸をそれぞれ示し、２つの対称軸の交点は図２の長尺の中心軸上にある。また、破線の矢印は紫外線の照射方向を示す。図１に示すように、放電容器１は、上下の壁板１ａと左右の側壁板１ｂとを境界Ｂ１でそれぞれ滑らかに繋げている。上下の壁板１ａと左右の側壁板１ｂとを境界Ｂ１で滑らかに繋げるとは、境界Ｂ１での接線の傾きの変化が小さくなるように接続することを意味する。

【0024】

図１において、左右の側壁板１ｂの断面は、外側に向かって凸形状となるように湾曲しており、具体的には、外側表面が曲率半径Ｒ１の半円で、内側表面が曲率半径Ｒ２の半円で構成されている。なお、左右の側壁板１ｂの断面は、各表面を楕円や頂点付近を略直線状とする等様々に湾曲していてもよい。

【0025】

図１において、遮光膜４は、紫外線の透過率を約２４％とするものであり、左右の側壁板１ｂの内側表面に形成されている。遮光膜４の紫外線の透過率は、１６％以上８６％以下、好ましくは２２％以上８０％以下である。そして、遮光膜４は、左右の側壁板１ｂの湾曲の頂点Ｐ１の内側を覆っており、かつ、図１（前後の側壁板１ｃに平行な断面）において、遮光膜４は上下の壁板１ａの中間の直線Ｌ１を線対称にして一様に形成されており、上下の壁板１ａの中間の直線Ｌ１と上下の壁板１ａと左右の側壁板１ｂとの境界Ｂ１を結ぶ直線Ｌ２との交点Ｃと遮光膜の一端Ｂ２１とを結ぶ直線Ｌ３と、交点Ｃと遮光膜４の他端Ｂ２２とを結ぶ直線Ｌ４とのなす角度θが８６度となっている。直線Ｌ３と直線Ｌ４とのなす角度θは、１８０度未満であり、８６度以下にすることができる。このように、少量の遮光膜４で左右の側壁板１ｂに発生する歪みを抑制して破壊に達するまでの時間を長くすることができる。

【0026】

図４（ａ）及び（ｂ）は、一例としていずれも図１、図２及び図３に示す誘電体バリア放電ランプの放電容器１における左右の側壁板１ｂの内側面に、紫外線遮光膜を形成する様子を示している。まず、放電容器１を図４（ａ）に示すように左右の側壁板１ｂの面が下になるように傾けて、チップ管５から酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を含むスラリーＳを左右の側壁板１ｂの内側表面において下側の頂部から所定の高さまで注入する。遮光膜を形成する角度は、注入するスラリーＳの高さにより調整するが、少量のスラリーＳを注入後左右の側壁板１ｂを傾けて調整してもよい。その後不要なスラリーＳをチップ管５から排出後乾燥させる。図４（ａ）の矢印はスラリーＳの移動方向を示している。この遮光膜は１７２ｎｍの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚や製造方法等によって調整できる。

【0027】

遮光率は、所定量のスラリー中の酸化イットリウムの濃度を変化させることによって遮光率（透過率）を調整することができる。例えば、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を重量比で１０％含有するスラリーＳをｎ−ブタノールで希釈することにより遮光率を調整することもでき、３倍希釈で透過率約１０％の遮光膜を、又は１０倍希釈で透過率約３５％の遮光膜をそれぞれ得ることができる。ここで、遮光率は及び透過率は、波長１７２［ｎｍ］の真空紫外線に対する値である。

【0028】

図１０は、誘電体バリア放電ランプの遮光膜の紫外線の透過率の測定方法を説明する図である。図１０に示すように、上記誘電体バリア放電ランプ１０を破壊して取り出した左右の側壁板の部分１００の透過率の測定方法は、次の通りである。まず、窒素（Ｎ_２）雰囲気中の測定装置の台１０２上に図示しない治具で左右の側壁板の部分１００を立てて固定する。このとき、測定対象とする左右の側壁板をスリット１０２ａの上方に配置する。スリット１０２ａの幅は測定する遮光膜の幅よりも十分に狭い。次に、光源１０１から測定波長（本実施形態では、１７２ｎｍ）の真空紫外線をスリット１０２ａを介して一方の左右の側壁板側に照射し、他方の左右の側壁板側からセンサー１０３で遮光膜を透過した真空紫外線の光強度（透過強度）を測定した。このようにして測定した真空紫外線の透過強度から次の式によって透過率Ｔを求める。
Ｔ＝I_１／I_０
ただし、I_０は遮光膜無しの誘電体バリア放電ランプの透過強度を、I_１は測定対象の誘電体バリア放電ランプの透過強度をそれぞれ示す。なお、Ｔを百分率（％）で表す場合は１００をかける。

【0029】

上記のようにして左右の側壁板１ｂ及び前後の側壁板１ｃに対してスラリーＳを塗布した後焼成すると、図４（ｂ）に破線で示したような遮光膜４を得る。遮光する真空紫外線がキセノンガスによる波長１７２ｎｍの真空紫外線とした場合、酸化イットリウムの他に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの超微粒子或いは酸化チタンをシリカでコーティングした超微粒子を溶剤に混濁したスラリー（混濁液）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）微粒子分散のスラリーの焼成物などを用いることができる。その後、チップ管５から排気して放電用ガスＧ（例えばキセノンガス）を注入し、内部に放電用ガスＧを充填する。そして、双方のチップ管５の先端部を溶融封止させて内部を密閉する。その後、電極用の金属を蒸着してパターニングし、最後にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）を蒸着することで電極を保護するためのコーティング膜を形成し、遮光膜を形成した放電容器１が完成する。

【0030】

図８は、遮光膜の無い従来の誘電体バリア放電ランプを示すものであって、放電ランプの長尺方向に垂直な断面図である。誘電体バリア放電ランプ８０の放電容器の形状及び材質は、図１で説明した放電容器と同じである。誘電体バリア放電ランプ８０の石英製放電容器に内側から紫外線が長期間照射されると、石英ガラスの体積が収縮することによって、左右の側壁板の内側表面には圧縮応力が発生し、反対に左右の側壁板の外側表面では引張応力が発生する。その結果、左右の側壁板の外側表面の頂点Ｐ付近に引張応力が集中して、クラックが発生しやすくなる。

【0031】

ここで、図５に断面を示すように、遮光膜の紫外線の透過率Ｔを変えて放電ランプを作製し、放電ランプを長期間点灯したときに放電容器に発生する歪みを測定した。作製した放電ランプＣ０、Ｃ１、Ｃ２は以下表１の通りである。歪み値及び応力値は、測定対象の放電ランプを偏光板と鋭敏色板とで挟むように偏光板上に配置し、偏光板側から照明を当てて鋭敏色板側から写真を撮り、画像解析によって求めた。歪み値と応力値は比例関係にある。

【0032】

【表1】

【0033】

図５（ａ）（Ｃ０）は遮光膜が無い放電ランプ、図５（ｂ）（Ｃ１）は透過率約７．９％の遮光膜が左右の側壁板の内側表面の頂部付近に形成された放電ランプ、図５（ｃ）（Ｃ２）は透過率約２４％の遮光膜が左右の側壁板の内側表面の頂部付近に形成された放電ランプである。放電ランプＣ０、Ｃ１、Ｃ２は、いずれも、長尺方向に垂直な断面の外形寸法が最大縦幅１６［ｍｍ］×最大横幅４５［ｍｍ］、厚さが２．５［ｍｍ］、長さが８７０［ｍｍ］であり、左右の側壁板の外側表面が曲率半径８[ｍｍ]の半円、内側表面が曲率半径５．５[ｍｍ]の半円であった。遮光膜４１、４２はいずれも外側表面の頂点付近を覆っており、遮光膜４１、４２が形成されている角度θ_１は約８６度となっている。この角度θ_１は、遮光膜４１、４２が左右の側壁板の内側表面を覆っている範囲Ｗの実測値から放電ランプの左右の側壁板の曲率半径、厚さ及び屈折率を用いて算出することができる。

【0034】

図６は、図５の放電ランプＣ０、Ｃ１、Ｃ２の左右の側壁板の応力分布の測定結果を示す図である。図中のＦ０は図５（ａ）の放電ランプＣ０の応力分布のグラフを、Ｆ１は図５（ｂ）の放電ランプＣ１の応力分布のグラフを、Ｆ２は図５（ｃ）の放電ランプＣ２の応力分布のグラフをそれぞれ示している。放電ランプＣ０、Ｃ１、Ｃ２は、いずれも放電ランプを点灯する前は歪みが無く、応力値はほぼ０であった。

【0035】

グラフＦ０、Ｆ１、Ｆ２は、いずれも真空紫外線を２０００時間以上照射した後の応力値を示している。また、図５中の左右の側壁板の頂部Ｐ２を図６のＰ２で、図５中の上下の壁板と左右の側壁板との境界Ｂ１を図６のＢ１で、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の遮光膜４１、４２の端部Ｂ２を図６のＢ２で示している。なお、以下便宜上、ピーク応力又はピーク歪みという語を使うことがある。ピーク応力とは、図６に示すような応力分布図において、頂点Ｐ２における引張応力の最大値、又は応力が頂点Ｐ２で最大でないときはランプの左右の側壁板の範囲（Ｐ２〜Ｂ１の範囲）での引張応力の極大値、又は応力が頂点Ｐ２で最大でなく、かつ、ランプの左右の側壁板の範囲（Ｐ２〜Ｂ１の範囲）での引張応力の極大値が無いときは上下の壁板の範囲（Ｂ１から内側）での最大値のことをいう。ピーク歪みとは、ピーク応力に対応する歪みをいう。図６では、グラフＦ０は頂点Ｐ２、グラフＦ１及びＦ２はＢ２で、ピーク応力及びピーク歪みが現れている。

【0036】

図６に示すように、グラフＦ０では、頂点Ｐ２で引張応力の値が最大となった。長期間照射後頂点Ｐ２で放電ランプＣ０が破損しやすい事実をよく説明している。

【0037】

グラフＦ１では、頂点Ｐ２には引張応力が発生せず、遮光膜４１の効果が確認できた。しかし、遮光膜４１の端部、すなわち図６中のＢ２で引張応力の値が最大となった。さらに紫外線を照射し続けると、放電ランプＣ１は図６中のＢ２で破損しやすいものと考えられる。

【0038】

この結果から、誘電体バリア放電ランプ７０の左右の側壁板の内側表面の頂点付近に遮光膜を形成し、その放電容器に内側から紫外線が照射されると、左右の側壁板の内側表面の頂点付近では左右の側壁板への紫外線の照射量が減少し内側表面の頂点付近の収縮を緩和することができることがわかった。しかしながら、遮光膜が形成されている領域の境界付近では石英の収縮の違いにより大きな歪みが発生しやすく、その境界付近の外側表面では引張応力が集中するため、クラックが発生しやすくなることがわかった。

【0039】

グラフＦ２では、遮光膜４２の端部、すなわち図６中のＢ２で引張応力のピークは観測されたが、グラフＦ１よりも引張応力の最大値が下がっていることがわかった。

【0040】

次に、遮光膜の無い放電ランプＣ０の内側表面に、透過率約３５％の遮光膜を外側表面の頂点から内側に向かって４［ｍｍ］、角度約８６度の範囲まで形成した放電ランプＣ３を作製し、上記放電ランプＣ１、Ｃ２、Ｃ３の放電容器のピーク歪みと放電容器の点灯時間との関係を調べた。ピーク歪みの値は、上記歪み値と同様にして測定した。調べた放電ランプＣ１、Ｃ２、Ｃ３は以下表２の通りである。

【0041】

【表2】

【0042】

図７（ａ）は、放電容器のピーク歪みと放電容器の点灯時間との関係を表すグラフを示す図である。図７（ａ）では、横軸に放電容器の点灯時間Ｈｒを、縦軸にピーク歪みの値ε（ａ．ｕ．、任意単位）をそれぞれ表す。図７（ａ）中の各プロットにおいて、丸形（○）が放電ランプＣ０を点灯装置の器具内で点灯させた場合のピーク歪みの測定値を、菱形（◇）が放電ランプＣ１を点灯装置の器具内で点灯させた場合のピーク歪みの測定値を、四角（□）が放電ランプＣ２を裸（器具無し）で点灯させた場合のピーク歪みの測定値を、三角（△）が放電ランプＣ３を点灯装置の器具内で点灯させた場合のピーク歪みの測定値をそれぞれ示す。なお、曲線Ｇ０〜Ｇ３はそれらの測定結果から推定されるグラフをそれぞれ示している。また、放電ランプは、点灯装置の器具内で点灯させると、裸で点灯させるよりも約２５％寿命が短くなることが判明している。

【0043】

図７（ａ）から、放電ランプＣ０では、グラフＧ０に示すように点灯時間が２０００時間で歪みの値が４８（ａ．ｕ．）であった。放電ランプＣ１では、グラフＧ１に示すように点灯時間が２２２１時間で歪みの値が４６（ａ．ｕ．）であった。一方、放電ランプＣ３では、グラフＧ３に示すように点灯時間が２０４０時間で歪みの値が３０（ａ．ｕ．）であり、点灯時間が２９７８時間で歪みの値が４０（ａ．ｕ．）であった。このことから、遮光膜の紫外線の透過率Ｔを上げると同じ点灯時間でもピーク歪みの値が下がることがわかった。したがって、上記遮光膜を形成した放電ランプは、遮光膜の紫外線の透過率Ｔを上げることで放電容器のクラックの発生するまでの時間を延ばすことができ、放電容器の破損を抑えて寿命を延ばすことができる。

【0044】

次に、上記放電ランプＣ０〜Ｃ３を２０００時間点灯させたときの放電容器のピーク歪み値を上記図６及び図７（ａ）から求め、ピーク歪みと遮光膜の紫外線の透過率Ｔとの関係を調べた。さらに、放電ランプＣ４〜Ｃ８を以下の条件でそれぞれ試作し、２０００時間点灯させたときの放電容器のピーク歪みと遮光膜の紫外線の透過率Ｔとの関係を調べた。表３は、その結果を示す。

【0045】

放電ランプＣ４〜Ｃ８は、上記放電ランプＣ０〜Ｃ３と同じ寸法及び形状の放電容器を用いた。放電ランプＣ４〜Ｃ８は、遮光膜が左右の側壁板の内側表面の頂部付近に形成され、遮光膜が形成される角度は約１５２度であり、遮光膜の透過率はそれぞれ２０％、３０％、４０％、５０％、６０％である。

【0046】

【表3】

【0047】

図７（ｂ）は、放電容器のピーク歪みと遮光膜の紫外線の透過率Ｔとの関係を示す図である。横軸に遮光膜の紫外線の透過率Ｔ（％）を、縦軸に２０００時間点灯させたときの放電容器のピーク歪みの値ε（ａ．ｕ．）をそれぞれ表す。図中のプロットＣ０〜Ｃ８は上記放電ランプＣ０〜Ｃ８をそれぞれ２０００時間点灯させたときの各透過率Ｔに対するピーク歪みをそれぞれ示す。また、曲線ＨはプロットＣ０〜Ｃ８の補間曲線を示す。

【0048】

図７（ｂ）におけるプロットＣ８のピーク歪みの値は１７であり、遮光膜の紫外線の透過率が６０％付近でピーク歪みの値が最も小さくなっていることがわかる。また、ピーク歪みの値が所定値以下となる最適な透過率の範囲が存在することもわかる。曲線Ｈから、ピーク歪みの値が約３５以下となる透過率の範囲は、約１６％以上約８６％以下であることが読み取れる。また、ピーク歪みの値が約３０未満となる透過率の範囲は、約２２％以上約８０％以下であることが読み取れる。

【0049】

以上のことから、本発明の第１の実施形態の放電ランプは、遮光膜の紫外線の透過率が約１６％以上約８６％以下であると放電ランプの実用上十分な寿命を得られることがわかる。放電ランプの寿命をより長くするためには、遮光膜の紫外線の透過率が約２２％以上約８０％以下であることが好ましい。

【0050】

（第２の実施形態）
本発明の実施形態を示す誘電体バリア放電ランプでは、遮光膜を形成する範囲毎に遮光膜の紫外線の透過率を異にするように構成してもよい。

【0051】

図９は、本発明の第２の実施形態の一例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向に垂直な断面図である。誘電体バリア放電ランプ２０は、上述した図１の誘電体バリア放電ランプと同様の形状及び材質であり、左右の側壁板１ｂの内側表面に遮光膜２４と、さらにその遮光膜２４を被覆する遮光膜２５とを形成している。

【0052】

図９において、左右の側壁板１ｂの断面は、外側に向かって凸形状となるように湾曲しており、具体的には、外側表面が曲率半径Ｒ１の半円で、内側表面が曲率半径Ｒ２の半円で構成されている。なお、左右の側壁板１ｂの断面は、各表面を楕円や頂点付近を略直線状とする等様々に湾曲していてもよい。

【0053】

図９において、遮光膜２４は、左右の側壁板１ｂの湾曲の頂部Ｐ１の内側を覆っており、かつ、図１（前後の側壁板１ｃに平行な断面）において、遮光膜２４は上下の壁板１ａの中間の直線Ｌ１を線対称にして一様に形成されており、上下の壁板１ａの中間の直線Ｌ１と上下の壁板１ａと左右の側壁板１ｂとの境界を結ぶ直線Ｌ２との交点Ｃと遮光膜２４の一端Ｂ２１とを結ぶ直線Ｌ３と、交点Ｃと遮光膜２４の他端Ｂ２２とを結ぶ直線Ｌ４とのなす角度θ_２が約８６度となっている。また、遮光膜２５は、遮光膜２４を覆っており、かつ、図９（前後の側壁板１ｃに平行な断面）において、遮光膜２５は上下の壁板１ａの中間の直線Ｌ１を線対称にして一様に形成されており、交点Ｃと遮光膜２５の一端Ｂ３１とを結ぶ直線Ｌ５と、交点Ｃと遮光膜２５の他端Ｂ３２とを結ぶ直線Ｌ６とのなす角度θ_３が１８０度未満となっている。遮光膜２４は左右の側壁板１ｂの湾曲の頂部Ｐ１の内側を覆っていればよく、角度θ_２は８６度以下にすることができる。

【0054】

図９において、遮光膜２４の紫外線の透過率は、遮光膜２５の紫外線の透過率よりも相対的に低くなっており、湾曲の頂部Ｐ１付近よりも上下の壁板１ａと左右の側壁板１ｂとの境界Ｂ１側で相対的に高くなっている。遮光膜２４は具体的に紫外線を約１０％透過するものであり、遮光膜２５は紫外線を約５０％透過するものである。遮光膜２４は紫外線を約１０％以下で透過するものであってもよい。

【0055】

このようにしても、遮光膜２５により遮光膜２４の端部Ｂ２１、２２付近の石英の収縮の差を小さくすることにより遮光膜２４の端部Ｂ２１、２２におけるピーク状に発生する引張応力の最大値を抑えて放電容器の破損を抑えることができる。また、遮光膜２４により左右の側壁板１ｂの湾曲の頂部付近における白色の飛散物の付着及びその固化を減らすことができる。なお、遮光膜２４と遮光膜２５との上下関係は問わない。

【0056】

本発明の第２の実施形態では、左右の側壁板の湾曲の頂部付近で遮光膜の紫外線の透過率が１０％以下となるようにすることで頂部付近で放電容器に飛来する飛散物の付着及びその固化を減らすことができる。さらに、その遮光膜の境界付近を相対的に透過率の高い他の遮光膜で覆うことでピーク状の引張り応力の発生を抑えることができ、紫外線の照射光量の低下を抑えつつ放電容器の破損を抑えることができる。

【0057】

本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、放電容器の構造が、二重管構造、単管構造を問わない。また、二重管構造の場合、補助電極が設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１ 放電容器
１ａ 上下の壁板
１ｂ 左右の側壁板
１ｃ 前後の側壁板
２ 上部電極
３ 下部電極
４ 遮光膜
５ チップ管
１０ 誘電体バリア放電ランプ
Ｐ１ 左右の側壁板の内側表面の頂部
θ、θ_２、θ_３ 遮光膜を形成した角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】